玉米燃料乙醇生命周期系统的热力学分析

论文题目: 玉米燃料乙醇生命周期系统的热力学分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程

作者: 张治山

导师: 袁希钢

关键词: 玉米,燃料乙醇,生命周期分析,能量平衡,碳平衡,可再生性

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 生物乙醇作为一种车用化石燃料的替代能源,其研究和应用在许多国家受到很大关注。近年来我国也开始推动以玉米为主要原料的燃料乙醇的研究、生产和应用。但是,玉米燃料乙醇生命周期系统需要由太阳能和化石能的共同驱动,并且不可避免地伴有二氧化碳等温室气体和其他污染物的排放。因此,研究玉米燃料乙醇的能量平衡、温室气体排放及可再生性等问题对于该生物能源生产系统的建立及其可持续运行具有重要意义。本研究的主要目的就是基于生命周期分析原理,从热力学的角度定量分析我国玉米燃料乙醇的可持续性及其影响因素。1.基于生命周期分析原理和热力学第一定律,建立了玉米燃料乙醇的净能量分析模型和方法。考虑我国玉米农业生产水平、乙醇转化技术和能源结构状况等玉米燃料乙醇生产的实际条件,定量评价了玉米燃料乙醇的能量效率并对其影响因素进行了分析。研究表明:我国玉米燃料乙醇具有一定的净能量盈余,而影响其能量效益的主要因素是乙醇生产过程中蒸馏和脱水工艺的能耗和玉米种植过程中的氮肥、灌溉电力和机械用柴油消耗。2.基于生命周期分析原理,建立了玉米燃料乙醇的碳平衡分析模型和方法。在我国玉米燃料乙醇能量平衡分析的基础上,进一步计算了我国玉米燃料乙醇生命周期系统的净碳排放量并识别出影响其大小的主要因素。研究表明:与汽油相比玉米燃料乙醇整个生命周期的温室气体排放表现为负效应,但通过改进生命周期中碳排放量最多的过程(乙醇转化和氮肥施用等),完全有可能实现温室气体排放的一定程度的正效应。3.基于生命周期分析原理,利用基于有效能的热力学分析方法对我国玉米燃料乙醇的可再生性及其影响因素进行了分析。研究表明:从有效能的角度分析,我国工业化玉米燃料乙醇循环具有不可再生性,而导致其不可再生的主要因素仍是乙醇转化过程的能耗和玉米种植过程的氮肥施用量。所以,为了提高我国玉米燃料乙醇能源的可再生性,需要进一步提高工业化玉米燃料乙醇循环的技术和热力学完善程度。

论文目录:

前言

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 国外燃料乙醇产业的发展

1.3 我国燃料乙醇产业的发展

1.4 燃料乙醇的生产

1.4.1 生产原料

1.4.2 生产技术

1.4.2.1 发酵工艺

1.4.2.2 蒸馏工艺

1.4.2.3 脱水工艺

1.5 燃料乙醇的应用

1.5.1 乙醇汽油

1.5.2 乙醇柴油

1.5.3 燃料乙醇电池

1.6 燃料乙醇的可持续性

1.6.1 热力学研究方法

1.6.1.1 净能量分析

1.6.1.2 有效能分析

1.6.1.3 能值分析

1.6.2 燃料乙醇可持续性研究进展

1.7 玉米燃料乙醇生态化工业

1.8 小结

第二章 生命周期评价方法

2.1 引言

2.2 生命周期评价的技术框架

2.2.1 目的与范围的确定

2.2.2 生命周期清单分析

2.2.3 生命周期影响评价

2.2.4 生命周期解释

2.3 生命周期评价研究范围的确定

2.3.1 功能和功能单位

2.3.2 系统边界的确定

2.3.3 数据类型和质量要求

2.3.4 输入和输出的选择

2.4 生命周期清单分析

2.4.1 数据的收集

2.4.2 计算程序

2.4.3 分配程序

2.5 生命周期评价的局限性

2.6 小结

第三章 玉米燃料乙醇能量平衡分析

3.1 引言

3.2 能量平衡分析中的基本概念

3.2.1 燃料热值

3.2.2 能量强度

3.3 玉米燃料乙醇生命周期系统

3.3.1 玉米生产

3.3.2 乙醇转化

3.3.2.1 干法和湿法工艺

3.3.2.2 乙醇产率

3.3.2.3 能量消耗

3.3.3 副产品替代

3.3.4 运输过程

3.4 玉米燃料乙醇净能量分析模型

3.5 数据来源和各种能量的计算

3.6 计算结果与讨论

3.6.1 净能量盈余与能量比

3.6.2 生命周期能量输入分析

3.6.3 乙醇汽油混合燃料

3.7 小结

第四章 玉米燃料乙醇碳平衡分析

4.1 引言

4.2 碳平衡分析中的基本概念

4.2.1 地球温暖化效应

4.2.2 全球增温潜力

4.2.3 碳排放计算原理与方法

4.3 玉米燃料乙醇碳平衡系统

4.4 碳平衡分析模型

4.5 数据来源和各碳排放量的计算

4.6 计算结果与讨论

4.7 小结

第五章 玉米燃料乙醇有效能分析

5.1 引言

5.2 有效能分析的基本概念

5.2.1 有效能

5.2.2 热量有效能

5.2.3 化学有效能

5.2.4 燃料的化学有效能

5.2.5 积累有效能

5.2.6 恢复功和可再生因子

5.3 理想玉米燃料乙醇循环

5.4 工业化玉米燃料乙醇循环

5.4.1 燃料乙醇的实际产出功

5.4.2 非再生资源的最小恢复功

5.4.3 玉米燃料乙醇的可再生性

5.5 小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

符号表

致谢

发布时间: 2006-05-24

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